TW202222398A - 用於農業之大氣水與二氧化碳之採集 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於自周圍空氣捕集水及二氧化碳之水及二氧化碳採集系統，以及使用此等系統之方法。該等系統及方法使用水捕集材料自空氣吸附水且使用二氧化碳捕集材料自空氣吸附二氧化碳。例如，該等水及二氧化碳捕集材料可為金屬有機骨架。該等系統及方法以水蒸氣之形式釋出水及釋出二氧化碳。接著水蒸氣冷凝成液態水。所產生的水及二氧化碳可用於農業系統，包含水耕及垂直農業系統。

Description

用於農業之大氣水與二氧化碳之採集
本發明總體上係關於農業，且更具體地係關於適合集成到農業中之大氣水及二氧化碳採集系統。
水係稀有珍貴的，尤其係在北非及中東之沙漠地區。出於此原因，需要大量灌溉之習知農業通常係令人望而卻步的。儘管溫室結構中之水耕方法提供較高產量及用水效率，但水與生菜之比例仍很高。垂直農業更進一步，在大型建築物之堆疊架子上種植綠葉蔬菜，配合受控的大氣狀況(例如，溫度、濕度)，且由LED燈泡陣列供應光。
為了使植物生長，不僅僅需要水及光。根據以下反應，植物實際上依賴大氣二氧化碳作為光合作用之重要組成部分：
Figure 02_image001
在水耕法及/或垂直農業中，亦向植物供應少量礦物營養物(例如，磷、氮、鐵、鉀)。除供應淡水之外，今日之水耕及垂直農業亦關注空間利用(例如城市地區)及低日照之寒冷天氣。一個問題係二氧化碳之高消耗，需要與外部空氣不斷交換。此導致高加熱成本及水/濕氣之浪費。在一些情況下，把純二氧化碳氣體當作饋送氣體注入建築物，但此亦會帶來巨大成本。在城市地區，純二氧化碳通常由大型卡車供應，但在偏遠、沙漠地區，此將係令人望而卻步之提議。
因此，本技術需要的係可為水耕及垂直農業提供水及二氧化碳兩者之替代系統。
在一些態樣中，提供一種依賴於可再生能源(例如，太陽能、風能)之農業系統，其中水及二氧化碳係自環境空氣採集。在一些變化型態中，該系統完全依賴於可再生能源。
在某些態樣中，提供一種大氣採集器，其包括：含有水捕集之材料、二氧化碳捕集之材料或兩者之至少一個單元。當該系統在吸附模式下操作時，含有水捕集材料之該至少一個單元經組態以自空氣吸附水分，且含有二氧化碳捕集材料之該至少一個單元經組態以自空氣吸附二氧化碳。當該系統在生產模式下操作時，含有水捕集材料之該至少一個單元經組態以自該水捕集材料釋出水蒸氣，含有二氧化碳捕集材料之該至少一個單元經組態以自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳。在一些實施例中，該系統經組態以將該水蒸氣冷凝成液態水，且視情況冷卻該二氧化碳。
在一些實施例中，該大氣採集器包括：含有該水捕集材料之至少一個大氣水採集單元；及含有二氧化碳捕集材料之至少一個大氣二氧化碳採集單元。在一些變化型態中，該水捕集材料及該二氧化碳捕集材料獨立地包括金屬-有機骨架。
在前述之一些變化型態中，該大氣採集器進一步包括一或多個額外組件，包含(例如)加熱元件、冷凝單元、真空泵、控制系統或電源。
在某些態樣中，提供一種整合農業系統，其包括：本文中所描述之大氣採集器之任何者，其經組態以將自周圍空氣採集之水及二氧化碳釋放至一農業系統中。在一些實施例中，該農業系統進一步包括一氧氣減少單元，諸如一氧可滲透膜、具有耗氧代謝並產生蛋白質之活生物，或能夠使得該單元經組態以藉由燃燒將氧氣轉化成二氧化碳的燃料，或其任何組合。
在其他態樣中，提供一種使用本文中所描述之大氣採集器之任何者自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法。在一些實施例中，該方法包括：在含有水捕集材料之該至少一個單元中自空氣吸附水分，且在含有二氧化碳捕集材料之該至少一個單元中自空氣吸附二氧化碳；在含有水捕集材料之該至少一個單元中自該水捕集材料釋出水蒸氣，且在含有二氧化碳捕集材料之該至少一個單元中自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳；冷凝該水蒸氣以產生液態水；且，視情況，冷卻該二氧化碳。
在又一態樣中，提供一種農業方法，其包括：將自周圍空氣採集之水及二氧化碳提供給一農業系統，其中該水及二氧化碳係根據本文中所描述之用於採集之任一方法所採集；及在該農業系統中種植農作物。在一些實施例中，所提供之方法進一步包括：自該農業系統內之空氣減少或消除氧氣。
相關申請案之交互參照
本申請案主張2020年8月31日申請之美國臨時專利申請案第63/072,525號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
以下描述闡述例示性方法、參數及其類似者。然而，應認識到，此描述並不旨在限制本發明之範疇，而係作為例示性實施例之描述提供。
在一些態樣中，提供一種自環境空氣捕集水及二氧化碳之大氣採集器。在一些實施例中，此種大氣採集器整合至農業系統中，諸如水耕及/或垂直農業。例如，本文中所描述之大氣採集器可併入至一垂直農業系統中，諸如圖1中所描繪之例示性系統100。系統100接受輸入，諸如空氣102、營養物104及能量106，並輸出蔬菜110。 大氣採集器
在一些實施例中，該大氣採集器包括含有水捕集材料、二氧化碳捕集材料或兩者之至少一個單元。在某些實施例中，該大氣採集器包括：含有水捕集材料之至少一個大氣水採集單元及含有二氧化碳捕集材料之至少一個大氣二氧化碳採集單元。在其他實施例中，該大氣採集器包括含有水捕集材料及二氧化碳捕集材料之混合物之至少一個單元，其經組態以同時捕集水及二氧化碳。
參考圖2A及圖2B，描繪經組態用於水及二氧化碳捕集之一例示性大氣採集器。在圖2A中，例示性大氣採集器200在吸附模式下操作。周圍空氣202被吹入大氣水採集單元210中。水分由單元210中之水捕集材料捕集，且乾燥空氣204自單元210釋放。乾燥空氣204接著進入大氣二氧化碳採集單元220，其中二氧化碳由單元220中之二氧化碳捕集材料捕集。單元220捕集二氧化碳並輸出降低了水分及二氧化碳位準之空氣205。
儘管圖2A描繪具有經組態以在單元210中捕集水分接著在單元220中捕集二氧化碳之兩個單獨單元210及220之大氣採集器，但在其他變化型態中，大氣採集器可經組態以捕集二氧化碳，接著是水分。
參考圖2B，在吸附發生之後，大氣採集器200轉換至生產模式。如圖2B中所描繪，熱206被引入至單元210及220兩者。在大氣水採集單元210中，其中之水捕集材料釋出水蒸氣。此水蒸氣接著經冷凝以產生液態水232。在大氣二氧化碳採集單元220中，其中之二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳。接著可冷卻此二氧化碳。如圖2B中所描繪，接著可自單元220釋放二氧化碳234。可將所產生之水232及二氧化碳234引入至一農業系統。
在一些變化型態中，該大氣採集器可經組態以同時自其等各自單元釋出水蒸氣及二氧化碳。在其他變化型態中，該大氣採集器可經組態以在不同時間釋出水蒸氣及二氧化碳。
一冷卻程序可用於將水及二氧化碳之流出物帶回至接近環境溫度。
再次參考圖2B，施加至單元210及220之熱206可來自任何合適加熱元件或源。在一些實施例中，加熱元件係一熱泵。例如，可使用一熱泵之熱側加熱生產模式下之該等單元，熱泵之冷側作為製冷系統操作以冷凝所釋放之液態水並冷卻熱二氧化碳。在其他實施例中，可使用電阻加熱、直射陽光或來自太陽能收集器之熱空氣來加熱生產模式下之單元以釋出水及二氧化碳，使用被動空氣冷卻熱交換器來冷凝水。在其他實施例中，可使用真空泵加速自單元釋出水及二氧化碳。
應理解，在其他實施例中，該大氣採集器包含一或多個額外組件。例如，在一些變化型態中，該大氣採集器包含一水收集單元、一控制系統及電源。 水及二氧化碳捕集材料
可自空氣捕集水之任何合適材料可用作水捕集材料。類似地，可自空氣捕集二氧化碳之任何合適材料可用作二氧化碳捕集材料。此等材料可自市售來源獲得，或根據本技術已知之方法及技術產生。
在一些實施例中，水捕集材料及二氧化碳捕集材料獨立地包括金屬-有機骨架(MOF)。MOF係多孔材料，其具有連接至有機配體之重複二級構建單元(SBU)。在一些變化型態中，SBU可包含一或多種金屬或含金屬複合物。
含有水捕集材料及二氧化碳捕集材料之單元可由多孔MOF材料、MOF塗覆基板或其等之任何組合製成。 水捕集材料
在一些實施例中，水捕集材料可自大氣選擇性地捕集水。
在一些變化型態中，水捕集材料係一MOF，其中有機配體具有酸及/或胺官能團。在某些變化型態中，該等有機配體具有羧酸基團。在其他變化型態中，該等有機配體具有酸及/或胺官能團。在某些變化型態中，該等有機配體具有羧酸基團。
能夠吸附及釋出水之任何合適MOF可用於本文中所提供之系統中。合適MOF可包含描述於(例如) Kalmutzki等人，Adv. Mat., 30(37), 1704304 (2018);Furukawa等人，J. Am. Chem. Soc.2014, 136. 4369-4381；Y. Tu等人, Joule, Vol 2, Issue 8(15), 1452-1475 (2018)中之彼等。
在一些變化型態中，水捕集材料包括： MOF-303：Al(OH)(HPDC)，其中HPDC係1H-吡唑-3,5-二羧酸鹽； CAU-10：Al(OH)(IPA)，其中IPA係間苯二甲酸酯； MOF-801：Zr 6O 4(OH) 4(富馬酸鹽) 6； MOF-841：Zr 6O 4(OH) 4(MTB) 6(HCOO) 4(H 2O) 2； 富馬酸鋁：Al(OH)(富馬酸)； MIL-160：Al(OH)(FDA)，其中FDA係2,5-呋喃二甲酸酯； MIL-53：Al(OH)(TPA)，其中TPA係對苯二甲酸酯；或 磷酸鋁：AlPO4-LTA。
在一些變化型態中，該等MOF具有介於約0.5 nm至約1 nm之間，或介於約0.7 nm至約0.9 nm之間的孔徑。在某些變化型態中，該等MOF具有親水性孔結構。在某些變化型態中，該等MOF具有包括酸及/或胺官能團之親水性孔結構。在某些變化型態中，該等MOF具有允許可逆吸水之一維通道。
在其他變化型態中，水捕集材料係乾燥劑材料。可使用任何合適乾燥劑材料。
亦可使用本文中所描述之水捕集材料之任何組合。
在一些實施例中，將水捕集材料與黏著劑混合以改良其對基板之黏著性質。 二氧化碳捕集材料
在一些實施例中，該二氧化碳捕集材料可自大氣選擇性地捕集二氧化碳。
在一些變化型態中，該二氧化碳捕集材料係MOF，其中有機配體具有胺官能團，包含伯胺，即使在存在水分子之情況下，其亦可 經由化學吸附結合二氧化碳分子。
能夠吸附及釋出二氧化碳之任何合適MOF可用於本文中所提供之系統中。合適MOF可包含描述於(例如)M.Ding等人，Chem. Soc.Rev.,2019,48,2783-2828;A.M.Fracaroli等人,J.Am. Chem.Soc.,2014,136,8863-8866;H.Li等人,ChemSusChem.,2016,9,2832-2840中之者。
在一些變化型態中，二氧化碳水捕集材料包括： IRMOF-74-III-CH 2NH 2：{Mg 2(2'-(氨基甲基)-3,3''-二氧化-[1,1':4',1''-三聯苯]-4,4''-二羧酸鹽)}； IRMOF-74-III-(CH 2NH 2) 2:{Mg 2(2',5'-bis(氨基甲基)-3,3''-二氧化-[1,1':4',1''-三聯苯]-4,4''-二羧酸鹽)}； mmen-Mg 2(dobpdc)：Mg 2(dobpdc)(mmen)1.6(H 2O) 0.4，其中dobpdc係4,4'-二氧化-3,3'-聯苯二羧酸鹽且mmen係N,N'-二甲基乙二胺； Mg 2(dobdc)(N 2H 4) 1.8：Mg 2(dobdc)(N 2H 4) 1.8，其中dobpdc係4,4'-二氧化-3,3'-聯苯二羧酸鹽； Cr-MIL-101-SO 3H-TAEA：Cr 3O(OH)(BDC-SO 3)(H 2O) 2(TAEA)，其中BDC-SO3係2-磺基對苯二甲酸酯且TAEA係三(2-氨基乙基)胺；或 Cr-MIL-101-PEI-800：Cr 3O(OH)(BDC)(PEI-800)，其中PEI-800係支化之聚乙烯亞胺。
亦可使用本文中所描述之二氧化碳捕集材料之任何組合。
在一些實施例中，二氧化碳捕集材料與黏合劑混合以改良其對基板之黏著性質。
在一些變化型態中，可使用本文中所描述之水及二氧化碳材料之任何組合。
在一些實施例中，系統中水及二氧化碳捕集材料之相對質量可根據給定區域之濕度狀況調整。例如，非常乾旱之地區將需要過量水捕集材料，而相對潮濕之地區將需要更大量二氧化碳捕集材料。
在一些變化型態中，水及二氧化碳捕集材料之量可由特定氣候中之相對濕度及溫度位準預定。此可為系統之安裝特徵，使得系統中之材料量貫穿操作不改變。 其他系統 特徵 及組件 收集單元
在一些實施例中，如進一步詳細描，該大氣採集器整合至一農業系統中。水及二氧化碳可直接釋放至該農業系統中。
在其他實施例中，該大氣採集器包括至少一個收集單元，該收集單元經組態以接收並視情況儲存所產生之液態水及二氧化碳。在一些變化型態中，該收集單元係一儲存罐。 控制系統
在一些實施例中，該大氣採集器包含經組態以監測及控制吸附、釋出及冷凝之控制系統。在一些實施例中，該控制系統包含一或多個感測器及一或多個處理器單元。
在一些實施例中，該控制系統基於環境狀況(諸如溫度及濕度)來監測及控制水及二氧化碳採集。在一些實施例中，溫度或濕度感測器放置於水及/或二氧化碳採集單元內部或附近。
在一些實施例中，控制系統監測及控制大氣採集器以最大化在多個吸附及釋出循環中捕集之總水及/或二氧化碳，而非個別優化吸附或釋出量。 電源
在一些變化型態中，該大氣採集器進一步包含一或多個太陽能電源。在某些變化型態中，系統進一步包含光伏(PV)電池或無源太陽能捕集器，或其組合。 農業系統
在某些態樣中，提供一種整合農業系統，其包括：如本文中所描述之大氣採集器，其經整合以將自周圍空氣捕集之水及二氧化碳釋放至一農業系統中。在一些實施例中，該農業系統係水耕農業系統。在其他實施例中，該農業系統係一垂直農業系統。在前述之某些變化型態中，該農業系統處於一密封外殼中，或該農業系統處於一密封環境中。
熟習此項技術者將瞭解，光合作用之另一重要特徵係氧氣之產生，如上文方程(1)所見。在一密封農業系統中，氧氣會積聚且植物最終將無法生存。因此，在一些變化型態中，本文中所描述之農業系統進一步包括經組態以自農業系統內部之空氣減少或消除氧氣之元件。
在一些變化型態中，農業系統進一步包括氧氣減少單元，其排除過量氧氣並使氮氣:氧氣比與外部空氣平衡。在某些變化型態中，氧氣減少單元包括氧可滲透膜。在一個變化型態中，氧氣交換器之使用在圖3中以例示性垂直農業系統300示意性地展示。系統300包含連接至氧氣交換器320 (其亦可稱為氧氣減少單元)之垂直農場310。氧氣交換器320包含氧可滲透膜322。富氧空氣312自農場310引導至氧氣交換器320中。此富氧空氣可包含氮及氧之一混合。氧氣被推進通過膜322至環境，且剩餘氣體混合物314經引導回至農場310。在另一側，環境空氣經循環以移除通過膜的過量氧氣。貧氧空氣324自環境引導，且在富含氧氣以後作為輸出326被移除。
在其他變化型態中，該農業系統可利用活生物來排除過量氧氣並平衡氮:氧比與外部空氣。在一些變化型態中，該農業系統包括具有與方程(1)相反之新陳代謝之動物。在一些實施例中，本文中所描述之大氣採集器可用於農業系統，諸如如圖4中所描繪之例示性農業系統400。在系統400中，使用動物達成氧氣減少或消除。農業系統400中之動物420消耗由農業系統400中之作物410產生之氧氣402，且繼而產生植物生長所需之二氧化碳404。在此變化型態中，動物以農業系統之作物生產為食，且作為蛋白質來源來補充作物生產。合適動物可包含馴養之農場動物，諸如牛、山羊、綿羊及雞。此等動物亦可具有有效蛋白質及脂肪生產。在其他變化型態中，農業系統可包含昆蟲或任何活生物(例如，線蟲、細菌)，其具有亦可產生蛋白質之耗氧代謝。
在其他變化型態中，該農業系統可利用燃料源使用燃燒將氧氣轉化為二氧化碳。在一些實施例中，本文中所描述之大氣採集器可與農業系統一起使用，諸如如圖5中所描繪之例示性垂直農業系統500。系統500包含連接至燃燒室520之垂直農場510。富氧流512自垂直農場510引導至燃燒室520，燃燒室520使用燃料522 (諸如生物質、煤等)將氧氣轉化成二氧化碳。接著將富二氧化碳流514自燃燒室520引導回至垂直農場510。在一個變化型態中，燃料包括在農場附近可獲得之生物質(例如木材或草)。在另一變化型態中，燃料包括通常在世界乾旱地區可用之化石燃料(例如，天然氣、原油或其衍生物)。
100:系統 102:空氣 104:營養物 106:能量 110:蔬菜 200:大氣採集器 202:周圍空氣 204:乾燥空氣 205:空氣 206:熱 210:大氣水採集單元 220:大氣二氧化碳採集單元 232:水 234:二氧化碳 300:二氧化碳 310:垂直農場 312:富氧空氣 314:氣體混合物 320:氧氣交換器 322:氧氣可滲透膜 324:貧氧空氣 326:輸出 400:農業系統 402:氧氣 404:二氧化碳 410:作物 420:動物 500:垂直農業系統 510:垂直農場 512:富氧流 514:富二氧化碳流 520:燃燒室 522:燃料
本申請案可藉由結合附圖參考以下描述來理解。
圖1描繪本發明之例示性垂直農業系統之輸入及輸出之示意圖。
圖2A及圖2B分別描繪在吸附及釋出階段同時捕集水及二氧化碳之示意圖。
圖3描繪用於氧減少或消除之例示性基於膜之氧氣交換器。
圖4描繪使用動物之氧減少或消除。
圖5描繪使用燃燒之氧減少或消除。
400:農業系統
402:氧氣
404:二氧化碳
410:作物
420:動物

Claims (32)

  1. 一種大氣採集器，其包括：至少一個含有水捕集材料、二氧化碳捕集材料或兩者之單元， 其中，在吸附模式下： 該至少一個含有水捕集材料之單元經組態以自該空氣吸附水分，且 該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元經組態以自該空氣吸附二氧化碳；且 其中，在生產模式下： 該至少一個含有水捕集材料之單元經組態以自該水捕集材料釋出水蒸氣， 該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元經組態以自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳，且 該大氣採集器經組態以將該水蒸氣冷凝成液態水，且冷卻該二氧化碳。
  2. 如請求項1之大氣採集器，其中該至少一個單元包括： 至少一個大氣水採集單元，其含有該水捕集材料，及 至少一個大氣二氧化碳採集單元，其含有二氧化碳捕集材料。
  3. 如請求項2之大氣採集器，其中，在吸附模式下，該至少一個大氣水採集單元經組態以自周圍空氣吸附水分並釋放乾燥空氣，且該至少一個大氣二氧化碳採集單元經組態以自該經釋放乾燥空氣吸附二氧化碳。
  4. 如請求項2之大氣採集器，其中，在吸附模式下，該至少一個大氣二氧化碳採集單元經組態以自周圍空氣吸附二氧化碳並釋放二氧化碳耗盡之空氣，且該至少一個水採集單元經組態以自該經釋放二氧化碳耗盡之空氣吸附水分。
  5. 如請求項2之大氣採集器，其中，在吸附模式下，該至少一個大氣水採集單元及該至少一個大氣二氧化碳採集單元經組態以分別自該周圍空氣同時吸附水分及二氧化碳。
  6. 如請求項1之大氣採集器，其中該至少一個單元包括： 至少一個含有水捕集材料及二氧化碳捕集材料之混合物之單元，其經組態以在吸附模式下自周圍空氣同時吸附水及二氧化碳。
  7. 如請求項1至6中任一項之大氣採集器，其中，在生產模式下，該至少一個單元經組態以同時產生水及二氧化碳。
  8. 如請求項1至7中任一項之大氣採集器，其中，在生產模式下，該至少一個單元由加熱元件或源加熱。
  9. 如請求項1至7中任一項之大氣採集器，其中，在生產模式下，該至少一個單元由熱泵加熱，或使用電阻加熱、直射陽光或來自太陽能收集器之熱空氣加熱，或其任何組合。
  10. 如請求項1至7中任一項之大氣採集器，其進一步包括：加熱元件及冷凝單元， 其中在生產模式下， 該加熱元件經組態以加熱該至少一個單元來引起水蒸氣自該水捕集材料釋出，且引起二氧化碳自該二氧化碳捕集材料釋出；且 該冷凝單元經組態以冷凝該水蒸氣並冷卻該二氧化碳。
  11. 如請求項1至7中任一項之大氣採集器，其進一步包括具有熱側及冷側之加熱元件， 其中，在生產模式下： 該加熱元件經組態以自該熱側加熱該至少一個含有水捕集材料之單元來引起水蒸氣自該水捕集材料釋出，且加熱該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元來引起二氧化碳自該二氧化碳捕集材料釋出；且 該加熱元件經組態以自該冷側將該水蒸氣冷凝成液態水，並冷卻該二氧化碳。
  12. 如請求項1至11中任一項之大氣採集器，其進一步包括真空泵，其經組態以在生產模式下加速水蒸氣及二氧化碳之釋出。
  13. 如請求項1至12中任一項之大氣採集器，其中該水捕集材料及該二氧化碳捕集材料獨立地包括金屬-有機骨架。
  14. 如請求項1至12中任一項之大氣採集器，其中該水捕集材料包括MOF-303、CAU-10、MOF-801、MOF-841、富馬酸鋁、MIL-160、MIL-53或磷酸鋁 ，或其任何組合。
  15. 如請求項1至12中任一項之大氣採集器，其中該二氧化碳捕集材料包括IRMOF-74-III-CH 2NH 2、IRMOF-74-III-(CH 2NH 2) 2、mmen-Mg 2(dobpdc)、Mg 2(dobdc)(N 2H 4) 1.8、Cr-MIL-101-SO 3H-TAEA或Cr-MIL-101-PEI-800，或其任何組合。
  16. 如請求項1至13中任一項之大氣採集器，其進一步包括：控制系統，其經組態以監測及控制在該至少一個含有水捕集材料及/或二氧化碳捕集材料之單元中之吸附、釋出及冷凝。
  17. 一種整合農業系統，其包括： 如請求項1至16中任一項之大氣採集器，其經組態以將自周圍空氣採集之水及二氧化碳釋放至農業系統中。
  18. 如請求項17之系統，其進一步包括： 氧減少單元，其經組態以排除該農業系統中之多餘氧氣，並使該農業系統中之氮:氧比與周圍空氣平衡。
  19. 如請求項18之系統，其中該氧減少單元包括氧可滲透膜。
  20. 如請求項18之系統，其中該氧減少單元包括具有耗氧代謝且產生蛋白質之活生物。
  21. 如請求項18之系統，其中該氧減少單元包括燃料，其中該氧減少單元經組態以藉由燃燒來將氧轉化成二氧化碳。
  22. 一種使用包括至少一個含有水捕集材料、二氧化碳捕集材料或兩者之單元之大氣採集器來自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法，該方法包括： 在該至少一個含有水捕集材料之單元中自空氣吸附水分，且在該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元中自空氣吸附二氧化碳； 在該至少一個含有水捕集材料之單元中自該水捕集材料釋出水蒸氣，且在該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元中自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳； 冷凝該水蒸氣以產生液態水；及 冷卻該二氧化碳。
  23. 一種使用如請求項1至16中任一項之大氣採集器自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法，該方法包括： 將空氣吸入至該至少一個含有水捕集材料之單元中，其中水分由該水捕集材料吸附； 將空氣吸入至該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元中，其中二氧化碳由該二氧化碳捕集材料吸附； 加熱該至少一個單元以自該水捕集材料釋出水蒸氣及自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳； 冷凝該水蒸氣以產生液態水；及 冷卻該二氧化碳。
  24. 一種使用如請求項1至16中任一項之大氣採集器自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法，該方法包括： 將周圍空氣吸入至該至少一個含有水捕集材料之單元中，其中水分由該水捕集材料吸附並釋放乾燥空氣； 將該經釋放乾燥空氣吸入至該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元中，其中二氧化碳由該二氧化碳捕集材料吸附； 加熱該至少一個單元以自該水捕集材料釋出水蒸氣及自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳； 冷凝該水蒸氣以產生液態水；及 冷卻該二氧化碳。
  25. 一種使用如請求項1至16中任一項之大氣採集器自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法，該方法包括： 將周圍空氣吸入至該至少一個含有二氧化碳捕集材料之單元中，其中二氧化碳由該二氧化碳捕集材料吸附並釋放二氧化碳耗盡之空氣； 將該經釋放之二氧化碳耗盡之空氣吸入至該至少一個含有水捕集材料之單元中，其中水分由該水捕集材料吸附； 加熱該至少一個單元以自該水捕集材料釋出水蒸氣及自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳； 冷凝該水蒸氣以產生液態水；及 冷卻該二氧化碳。
  26. 一種使用如請求項1至16中任一項之大氣採集器自周圍空氣採集水及二氧化碳之方法，該方法包括： 將周圍空氣吸入至該至少一個含有水捕集材料及二氧化碳捕集材料之混合物之單元中，其中水分由該水捕集材料吸附且其中二氧化碳由該二氧化碳捕集材料吸附； 加熱該至少一個單元以自該水捕集材料釋出水蒸氣及自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳； 冷凝該水蒸氣以產生液態水；及 冷卻該二氧化碳。
  27. 如請求項22至26中任一項之方法，其中加熱該至少一個單元以同時自該水捕集材料釋出水蒸氣及自該二氧化碳捕集材料釋出二氧化碳。
  28. 如請求項22至27中任一項之方法，其中該水捕集材料及該二氧化碳捕集材料獨立地包括金屬-有機骨架。
  29. 如請求項22至27中任一項之方法，其中該水捕集材料包括MOF-303、CAU-10、MOF-801、MOF-841、富馬酸鋁、MIL-160、MIL-53或磷酸鋁，或其任何組合。
  30. 如請求項22至27中任一項之方法，其中該二氧化碳捕集材料包括IRMOF-74-III-CH 2NH 2、IRMOF-74-III-(CH 2NH 2) 2、mmen-Mg 2(dobpdc)、Mg 2(dobdc)(N 2H 4) 1.8、Cr-MIL-101-SO 3H-TAEA或Cr-MIL-101-PEI-800，或其任何組合。
  31. 一種用於農業之方法，其包括： 將如請求項22至30中任一項之方法自周圍空氣採集之水及二氧化碳提供給農業系統；及 在該農業系統中種植農作物。
  32. 如請求項31之方法，其進一步包括： 減少或消除來自該農業系統內之空氣中的氧氣。
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